振動發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】高效地向電力供應(yīng)負(fù)載供應(yīng)利用駐極體的振動發(fā)電裝置的發(fā)電電力。振動發(fā)電裝置具有：第一基板和第二基板，它們構(gòu)成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)的同時，通過外部振動而相對移動；駐極體組，其由在所述第一基板的一個面?zhèn)妊厮鱿鄬σ苿臃较蚺帕械亩鄠€駐極體構(gòu)成；以及電極組，其由在所述第二基板的與所述駐極體組相對的一面?zhèn)妊厮鱿鄬σ苿臃较蚺帕械亩鄠€電極構(gòu)成，該電極組包含：第一集電電極和第二集電電極，它們分別與電力供應(yīng)負(fù)載電連接，該電力供應(yīng)負(fù)載被供應(yīng)因外部振動而產(chǎn)生的發(fā)電電力；以及接地電極，其被設(shè)置在該第一集電電極與該第二集電電極之間且接地。
【專利說明】振動發(fā)電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用駐極體、通過外部振動進(jìn)行發(fā)電的振動發(fā)電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今的節(jié)能潮流使得不依賴化石燃料等的日常存在的環(huán)境能量受到關(guān)注。作為環(huán)境能量，基于太陽能或風(fēng)力等的發(fā)電能量廣為人知，作為具有不劣于此的能量密度的環(huán)境能量，可列舉出日常環(huán)境中存在的振動能量。
[0003]因此，開發(fā)出利用這種振動能量進(jìn)行發(fā)電的振動發(fā)電裝置，在該發(fā)電裝置中廣泛利用能夠半永久性地保持電荷的駐極體(例如，參照非專利文獻(xiàn)I)。在該技術(shù)中，在利用駐極體的發(fā)電裝置中，配置有為了發(fā)電而往復(fù)運動的彼此相對的一對可動基板，在一個基板的表面上配置有駐極體，在另一個基板的表面上配置有一對集電電極，該一對集電電極用于匯集因駐極體的作用而產(chǎn)生的電荷。在該一對集電電極中，一個集電電極經(jīng)由負(fù)載電阻而接地，另一個集電電極以不經(jīng)由負(fù)載電阻的方式接地，其中，所述一個集電電極向負(fù)載電阻供應(yīng)發(fā)出的電力。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]非專利文獻(xiàn)
[0006]非專利文獻(xiàn)I:H.0kamoto, T.Suzuki, K.Mori 和 H.Kuwano, “A CONCEPT OF ANELECTRET POWER GENERATOR INTEGRATED WITH A RECTIFIER”，Power MEMS2009, WashingtonDC，USA，December 1-4，2009，pp.292-295


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]在以往開發(fā)的利用駐極體的振動發(fā)電裝置中，與駐極體相對地配置用于匯集因駐極體的作用而產(chǎn)生的電荷的電極。而且，使該電極與作為電力供應(yīng)對象的電力供應(yīng)負(fù)載相連，由此實現(xiàn)發(fā)電電力的利用。此處，在現(xiàn)有技術(shù)中，在與配置有駐極體的基板相對的基板上排列有一對電極，但一對電極中的一個電極以不經(jīng)由電力供應(yīng)負(fù)載的方式接地，被用作為所謂的接地電極。
[0009]因此，雖然因駐極體的作用而在該一個電極上也匯集有電荷，但該電荷不被供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載，只是在該一個電極與接地面之間移動。其結(jié)果是，從對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)的觀點來看，在基板上排列的電極中，只有一方的電極實質(zhì)處于承擔(dān)對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)的狀態(tài)，基板上的表面的利用效率不好。換言之，在現(xiàn)有技術(shù)中，不能夠高效地取出由駐極體的作用產(chǎn)生的電力而供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載。
[0010]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，目的在于提供如下振動發(fā)電裝置:其能夠高效地將利用駐極體的振動發(fā)電裝置產(chǎn)生的發(fā)電電力供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]在本發(fā)明中，為了解決上述問題，采用了如下結(jié)構(gòu):在利用駐極體的振動發(fā)電裝置中，采用了在與駐極體相對的基板上配置有匯集發(fā)電電力的一對集電電極和配置在該集電電極之間的接地電極的電極結(jié)構(gòu)，并且，一對集電電極分別與電力供應(yīng)負(fù)載相連而接地，由此向該電力供應(yīng)負(fù)載進(jìn)行發(fā)電電力的供應(yīng)。通過使電力供應(yīng)負(fù)載與各集電電極相連，能夠進(jìn)行對該電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)，并且，通過將接地電極配置在集電電極之間，能夠抑制對存在于集電電極之間的寄生電容部的施加電壓，順暢地向電力供應(yīng)負(fù)載側(cè)傳輸集電電極中產(chǎn)生的電荷，從而能夠進(jìn)行合適的電力供應(yīng)。
[0013]具體而言，本發(fā)明是振動發(fā)電裝置，其具有:第一基板和第二基板，它們構(gòu)成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)的同時，通過外部振動而相對移動；駐極體組，其由在所述第一基板的一個面?zhèn)妊厮鱿鄬σ苿臃较蚺帕械亩鄠€駐極體構(gòu)成；以及電極組，其由在所述第二基板的與所述駐極體組相對的一面?zhèn)妊厮鱿鄬σ苿臃较蚺帕械亩鄠€電極構(gòu)成，該電極組包含:第一集電電極和第二集電電極，它們分別與電力供應(yīng)負(fù)載電連接，該電力供應(yīng)負(fù)載被供應(yīng)因外部振動而產(chǎn)生的發(fā)電電力；以及接地電極，其被設(shè)置在該第一集電電極與該第二集電電極之間且接地。
[0014]在本發(fā)明的振動發(fā)電裝置中，利用能夠半永久性地保持電荷的駐極體的性質(zhì)，利用第一集電電極和第二集電電極將設(shè)置在能夠相對移動的兩個基板上的電極組與駐極體組之間的、與外部振動相應(yīng)的電荷容量的變動取出而供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載。此處，在該振動發(fā)電裝置中，構(gòu)成為使第一集電電極和第二集電電極分別與電力供應(yīng)負(fù)載相連，由此向電力供應(yīng)負(fù)載供應(yīng)由各集電電極匯集的電荷，不過通過本 申請人:的努力，發(fā)現(xiàn)集電電極上的電荷朝向電力供應(yīng)負(fù)載的流動受到阻礙的現(xiàn)象。
[0015]在使第一集電電極和第二集電電極沿著第一基板和第二基板的相對移動方向排列而成的電極結(jié)構(gòu)中，認(rèn)為在電極與電極之間存在蓄積電荷的假想的電容部(寄生電容部)。在該寄生電容部中蓄積電荷的能力、即寄生電容被認(rèn)為受彼此相鄰的基板的側(cè)面(側(cè)方端面)的大小和基板之間的距離影響較大，在存在一定大小的寄生電容時，認(rèn)為集電電極上的電荷朝向電力供應(yīng)負(fù)載的移動受到阻礙，難以進(jìn)行發(fā)電電力的高效的供應(yīng)。進(jìn)而，當(dāng)施加于該寄生電容部的電壓、即形成寄生電容部的相鄰的電極之間的電位差較大時，寄生電容部中蓄積的能量的量增加，難以順暢地進(jìn)行對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)，因此，作為振動發(fā)電裝置對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)能力受到限制。
[0016]因此，在本發(fā)明的振動發(fā)電裝置中，采用了在第一集電電極與第二集電電極之間配置接地電極的結(jié)構(gòu)。通過在兩個集電電極之間配置接地電極，預(yù)計在第一集電電極與接地電極之間以及第二集電電極與接地電極之間會存在寄生電容部，但關(guān)于第一集電電極側(cè)的寄生電容部，成為被施加了和與第一集電電極相連的電力供應(yīng)負(fù)載上的壓降對應(yīng)的、第一集電電極與接地電極之間的電位差的狀態(tài)，另一方面，關(guān)于第二集電電極側(cè)的寄生電容部，成為被施加了和與第二集電電極相連的電力供應(yīng)負(fù)載上的壓降對應(yīng)的、第二集電電極與接地電極之間的電位差的狀態(tài)。其結(jié)果是，與沒有設(shè)置接地電極的情況相比，能夠減小施加于各寄生電容部的電壓(電位差)。
[0017]考慮到在寄生電容部中蓄積的電荷能量通常與對其施加的電壓的平方成比例，如上述那樣，通過降低施加于各寄生電容部的電壓，使得從集電電極向電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)受阻礙的程度減輕，因此，能夠適當(dāng)向電力供應(yīng)負(fù)載供應(yīng)發(fā)電電力。
[0018]此外，關(guān)于與各集電電極相連的電力供應(yīng)負(fù)載，只要適合于進(jìn)行對該負(fù)載的電力供應(yīng)，可以使該電力供應(yīng)負(fù)載接地，或者不接地。例如，如后述那樣，在對來自上述振動發(fā)電裝置的輸出電壓進(jìn)行整流后供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載的情況下，根據(jù)其整流電路的方式，適當(dāng)決定是否使該電力供應(yīng)負(fù)載接地即可。
[0019]此處，在上述振動發(fā)電裝置中，可以是，所述接地電極被設(shè)置在排列在所述第二基板上的所述第一集電電極和所述第二集電電極中的一部分的該第一集電電極和該第二集電電極之間。即，在為了減輕上述寄生電容部對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)的阻礙程度而在第一集電電極與第二集電電極之間配置接地電極時，在第二基板上，用于對電荷進(jìn)行集電的電極的有效面積(即集電電極的占有面積)減少，由此，振動發(fā)電裝置對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)能力下降。因此可以是，考慮因配置接地電極而導(dǎo)致的電極的有效面積的減少與寄生電容部對電力供應(yīng)的阻礙程度的減輕之間的關(guān)聯(lián)性，更優(yōu)選地以考慮兩者的關(guān)聯(lián)性而使振動發(fā)電裝置的電力供應(yīng)能力最大的方式，在一部分的第一集電電極與第二集電電極之間配置接地電極。此外，雖然可在本發(fā)明中采用這樣的結(jié)構(gòu)，但也不妨礙采用在所有第一集電電極與第二集電電極之間配置接地電極的結(jié)構(gòu)。
[0020]此外，在上述的振動發(fā)電裝置中，可以是，所述接地電極的沿著所述相對移動方向的寬度是如下寬度:向與所述第一集電電極和所述第二集電電極分別連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載供應(yīng)的電力供應(yīng)量成為最大值。接地電極在第一集電電極與第二集電電極之間作為接地的電極而存在，從而減輕了上述的寄生電容部對電力供應(yīng)的阻礙程度，但該電極寬度的增加會使第二基板中的電極的有效面積減少。因此，可以把接地電極的寬度設(shè)定為使得對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)能力變?yōu)樽畲?。此外，出于振動發(fā)電裝置的電力供應(yīng)能力的最大化的考慮，優(yōu)選的是，除了接地電極的寬度以外，還適當(dāng)設(shè)定接地電極與第一集電電極、第二集電電極的間隔。
[0021 ] 此外，可以從別的方面理解接地電極的寬度，在上述的振動發(fā)電裝置中，所述接地電極的沿著所述相對移動方向的寬度與所述第一集電電極和該接地電極的沿著該相對移動方向的間隔相同，或者與所述第二集電電極和該接地電極的沿著該相對移動方向的間隔相同。本 申請人:發(fā)現(xiàn)，通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，有時會適當(dāng)?shù)靥岣弑景l(fā)明的振動發(fā)電裝置的電力供應(yīng)能力。
[0022]此處，在上述的振動發(fā)電裝置中，可以構(gòu)成為與所述第一集電電極電連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載和與所述第二集電電極電連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載彼此獨立地接地，由此將由各集電電極匯集的電力供應(yīng)給各自連接的電力供應(yīng)負(fù)載。
[0023]此外，也可以是，在上述第一集電電極與第二集電電極經(jīng)由同一電力供應(yīng)負(fù)載而接地的結(jié)構(gòu)中，該第一集電電極和該第二集電電極經(jīng)由同一整流電路與該電力供應(yīng)負(fù)載連接。這樣，通過經(jīng)由整流電路來連接各集電電極與電力供應(yīng)負(fù)載，能夠適當(dāng)?shù)貙碜愿骷婋姌O的輸出合成后供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載。此外，作為整流電路，可以例示出全波整流電路。此外，作為整流電路，還可以利用中心抽頭式全波整流電路，在該情況下，所述第一集電電極和所述第二集電電極可以分別經(jīng)由單獨地形成的整流電路與所述電力供應(yīng)負(fù)載連接。
[0024]此外，在上述的振動發(fā)電裝置中，可以是，所述接地電極經(jīng)由阻抗比所述電力供應(yīng)負(fù)載低的規(guī)定的阻抗電路接地。在與接地電極相連的規(guī)定的阻抗電路的阻抗低于電力供應(yīng)負(fù)載的阻抗的情況下，能夠相對減小施加于接地電極與各集電電極之間的寄生電容部的電壓，能夠在寄生電容部對電力供應(yīng)的阻礙程度相對較小的狀態(tài)下，實現(xiàn)對電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)。
[0025]此外，在上述的振動發(fā)電裝置中，所述電力供應(yīng)負(fù)載只要是被供應(yīng)發(fā)電電力的負(fù)載即可，可以是負(fù)載電阻或電容等，更具體而言，可以是蓄積被供應(yīng)的發(fā)電電力的蓄電電路、將被供應(yīng)的發(fā)電電力作為電源來實施規(guī)定的動作的負(fù)載電路(例如，搭載有用于檢測規(guī)定的參數(shù)的傳感器的電路或用于發(fā)送其檢測參數(shù)的無線電路等)、對被供應(yīng)的發(fā)電電力進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的電壓轉(zhuǎn)換電路中的任意一種、或任意組合它們而成的電路。
[0026]發(fā)明效果
[0027]能夠高效地將利用駐極體的振動發(fā)電裝置產(chǎn)生的發(fā)電電力供應(yīng)給電力供應(yīng)負(fù)載。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是示出本發(fā)明的第一實施例的振動發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0029]圖2是圖1所示的振動發(fā)電裝置的模型圖。
[0030]圖3是第一參考例的振動發(fā)電裝置的模型圖。
[0031]圖4是針對發(fā)電量而對圖1所示的振動發(fā)電裝置和圖3所示的振動發(fā)電裝置進(jìn)行比較的圖。
[0032]圖5是本發(fā)明的第二實施例的振動發(fā)電裝置的模型圖。
[0033]圖6是第二參考例的振動發(fā)電裝置的模型圖。

【具體實施方式】
[0034]以下，參照附圖，對本發(fā)明的振動發(fā)電裝置I進(jìn)行說明。此外，以下實施方式的結(jié)構(gòu)僅為例示，本發(fā)明不限于該實施方式的結(jié)構(gòu)。
[0035]實施例1
[0036]圖1示出了本發(fā)明的振動發(fā)電裝置I的概略結(jié)構(gòu)。此外，圖1是沿縱截面即ZX平面剖切振動發(fā)電裝置I時的剖視圖。振動發(fā)電裝置I具有收納在未圖示的殼體的內(nèi)部的第一基板3和第二基板5。第一基板3和第二基板5構(gòu)成為能夠保持彼此相對的狀態(tài)而相對移動。而且，在本實施例中，第二基板5被固定于殼體。與此相對,第一基板3使其兩端分別通過彈簧與殼體相連，因此，第一基板3自身構(gòu)成為通過從外部對振動發(fā)電裝置I施加的外部振動而相對于殼體移動(振動)。此外，在圖1中，第一基板3的振動方向由空心箭頭示出。
[0037]此外，第一基板3與第二基板5構(gòu)成為:能夠在保持彼此相對的狀態(tài)且彼此平行的狀態(tài)、即在相對的面的間隔保持固定的狀態(tài)下相對移動。由此，如后述那樣，能夠利用第二基板5側(cè)的一對集電電極6、7,將因第一基板3側(cè)的駐極體2的作用而產(chǎn)生的電荷(發(fā)電電荷)匯集而供應(yīng)給與各集電電極相連的負(fù)載電阻10、11。關(guān)于基于該駐極體2的作用的發(fā)電原理，由于是現(xiàn)有技術(shù)，因而在本說明書中省略其詳細(xì)說明。此外，保持第一基板3與第二基板5之間的間隔的結(jié)構(gòu)、即用于維持兩者的順暢的相對移動的結(jié)構(gòu)對于提高上述發(fā)電的效率很重要，但由于其不涉及本發(fā)明的核心，因此，在本說明書中不再贅述。
[0038]此處，對第一基板3側(cè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在第一基板3的與第二基板5相對的面?zhèn)申驅(qū)⒎謩e在導(dǎo)電體上形成的多個駐極體2和多個保護(hù)電極4配置為沿著第一基板3與第二基板5的相對移動方向(圖中的振動方向)交替地排列。該多個駐極體2相當(dāng)于本發(fā)明的駐極體組。雖然該多個駐極體2和多個保護(hù)電極4分別形成為梳狀，各個駐極體2和各個保護(hù)電極4配置為嵌套狀，但如上所述，由于圖1是ZX剖視圖，因此圖示為駐極體2和保護(hù)電極4交替地配置。在本實施方式中，駐極體2構(gòu)成為半永久性地保持負(fù)電荷。這樣，在駐極體2和保護(hù)電極4交替地排列的配置中，相對移動方向上的駐極體2的寬度和同樣的相對移動方向上的保護(hù)電極4的寬度均為w3，相鄰的駐極體2與保護(hù)電極4在相對移動方向上的間隔為d。
[0039]接下來，對第二基板5側(cè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在第二基板5的與第一基板3相對的面?zhèn)刃纬捎须姌O組，該電極組包含:一對電極(第一集電電極6和第二集電電極7)，它們匯集因駐極體2的作用而產(chǎn)生的電荷，將該電荷產(chǎn)生的電力供應(yīng)給負(fù)載電阻；以及接地電極8,其被配置在第一集電電極6與第二集電電極7之間。具體而言，第一集電電極6和第二集電電極7以電絕緣的狀態(tài)形成在第二基板5上，多個第一集電電極6通過布線LI匯總于端子6A，并經(jīng)由端子1A與接地的負(fù)載電阻10連接。此外，多個第二集電電極7通過布線L2匯總于端子7A，并經(jīng)由端子IlA與接地的負(fù)載電阻11連接。而且，在這樣電氣地形成的第一集電電極6與第二集電電極7之間的第二基板5上配置有接地電極8，接地電極8不經(jīng)由負(fù)載電阻而通過布線L3直接接地。因此，該接地電極8不是承擔(dān)向負(fù)載電阻供應(yīng)電力的電極，可以從這個方面與第一集電電極6和第二集電電極7區(qū)分開。
[0040]關(guān)于這樣在第二基板5上形成的電極組,相對移動方向上的第一集電電極6的寬度wl和第二集電電極7的寬度w2被設(shè)定為相同。此外，適當(dāng)設(shè)定接地電極8的寬度b、第一集電電極6與接地電極8的間隔a以及第二集電電極7與接地電極8的間隔c，使得在第二基板5上由反復(fù)的一組電極排列形成的間距、即由第一集電電極6、接地電極8、第二集電電極7、接地電極8形成的間距與在第一基板3上由反復(fù)的一組排列形成的間距、即由駐極體2、保護(hù)電極4形成的間距為相同的P。
[0041]根據(jù)圖2和圖3，對上述那樣具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的振動發(fā)電裝置I的發(fā)電和針對負(fù)載電阻10、11的電力供應(yīng)進(jìn)行說明。圖2是示出圖1所示的集電電極I與接地電極之間以及集電電極2與接地電極之間的寄生電容的圖。此外，在圖2中，針對與圖1所示的振動發(fā)電裝置I的構(gòu)成要素相同的要素，標(biāo)注與該構(gòu)成要素相同的參照編號。此外，圖3是用于與圖2所示的振動發(fā)電裝置I進(jìn)行比較的參考例的振動發(fā)電裝置的模型圖。在圖3所示的參考例中，與第一集電電極6、第二集電電極7相當(dāng)?shù)碾姌O形成為第一集電電極600、第二集電電極700,但是,僅第一集電電極600與接受電力供應(yīng)的負(fù)載電阻100相連,第二集電電極700直接接地。此外，在圖3所示的參考例中，不存在與圖2所示的接地電極8相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。此外，設(shè)置在與集電電極側(cè)的基板相對的基板上的駐極體200和保護(hù)電極400的相關(guān)結(jié)構(gòu)與圖2所示的駐極體2和保護(hù)電極4的相關(guān)結(jié)構(gòu)相同。
[0042]此處，無論是圖2示出的振動發(fā)電裝置I還是圖3示出的參考例，在第二基板5側(cè)形成的電極組中，在相鄰的電極與電極之間存在作為假想的電容部的寄生電容部20、21、200，它們發(fā)揮阻礙來自電極的電荷的移動的作用。在原理上，該寄生電容部20等的電容(以下，簡稱作“寄生電容”)因相鄰的電極的端面的形狀、電極厚度、電極條數(shù)、電極長度、基板的相對介電常數(shù)、電極間隔等而產(chǎn)生并取決于這些因素。在圖2所示的振動發(fā)電裝置I中，第一集電電極6與接地電極8的間隔a和第二集電電極7與接地電極8的間隔c相同，且各電極的端面的形狀、大小相同，因此，存在于第一集電電極6與接地電極8之間的寄生電容部20的寄生電容和存在于第二集電電極7與接地電極8之間的寄生電容部21的寄生電容為相同的Cp。此外，在圖3所示的參考例中，第一集電電極600與第二集電電極700的電極間隔、電極的端面的形狀、大小也與圖2所示的例子相同，因此，存在于第一集電電極600與第二集電電極700之間的寄生電容部200的寄生電容也為Cp。
[0043]首先，對圖3所示的參考例進(jìn)行說明。在圖3所示的參考例中，僅由第一集電電極600匯集的電荷產(chǎn)生的電力被供應(yīng)給負(fù)載電阻100，由第二集電電極700匯集的電荷只是在第二集電電極700與接地面之間往復(fù)。因此，在該參考例中，盡管集電電極存在兩種，但實質(zhì)向負(fù)載電阻100進(jìn)行電力供應(yīng)的集電電極只有第一集電電極600，因此，來自集電電極的電力供應(yīng)沒有效率。此外，在設(shè)向負(fù)載電阻100供應(yīng)電力時的該負(fù)載電阻100的壓降為V時，對存在于第一集電電極600與第二集電電極700之間的寄生電容部200的施加電壓為-V。因此，成為在寄生電容部200中可蓄積與施加電壓-V對應(yīng)的能量的狀態(tài)，其結(jié)果是，與該蓄積能量相應(yīng)地，從第一集電電極600向負(fù)載電阻100的電力供應(yīng)(電荷的移動)受到阻礙。
[0044]另一方面，在圖2所示的振動發(fā)電裝置I中，由第一集電電極6匯集的電荷產(chǎn)生的電力被供應(yīng)給負(fù)載電阻10，由第二集電電極7匯集的電荷產(chǎn)生的電力被供應(yīng)給負(fù)載電阻11。因此，在振動發(fā)電裝置I中，通過兩種集電電極分別向與各集電電極相連的負(fù)載電阻進(jìn)行電力供應(yīng)，因此，作為振動發(fā)電裝置I整體來看，與參考例相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的經(jīng)由集電電極的電力供應(yīng)。
[0045]此外，與參考例同樣地，對振動發(fā)電裝置I中的寄生電容部20、21導(dǎo)致的影響進(jìn)行分析。在設(shè)從第一集電電極6向負(fù)載電阻10供應(yīng)電力時的該負(fù)載電阻10的壓降為Vl時，接地電極8接地，由此，對存在于第一集電電極6與接地電極8之間的寄生電容部20的施加電壓為-VI。因此，成為在寄生電容部20中可蓄積與施加電壓-Vl對應(yīng)的能量的狀態(tài)，其結(jié)果是，與該蓄積能量相應(yīng)地，從第一集電電極6向負(fù)載電阻10的電力供應(yīng)(電荷的移動)受到阻礙。另一方面，在設(shè)從第二集電電極7向負(fù)載電阻11供應(yīng)電力時的該負(fù)載電阻11的壓降為V2時，接地電極8接地，由此，對存在于第二集電電極7與接地電極8之間的寄生電容部21的施加電壓為-V2。因此，成為在寄生電容部21中可蓄積與施加電壓-V2對應(yīng)的能量的狀態(tài)，其結(jié)果是，與該蓄積能量相應(yīng)地，從第二集電電極7向負(fù)載電阻11的電力供應(yīng)(電荷的移動)受到阻礙。
[0046]因此，在振動發(fā)電裝置I中，如上所述，利用第一集電電極6和第二集電電極7，分別向?qū)?yīng)的負(fù)載電阻10、11進(jìn)行電力供應(yīng)，由于存在于各集電電極與接地電極之間的寄生電容部20、21，相應(yīng)的電力供應(yīng)受到阻礙。但是，在圖3所示的參考例中，考慮到僅由第一集電電極600進(jìn)行電力供應(yīng)并且集電電極之間的寄生電容部200對電力供應(yīng)有阻礙，與該參考例相比，振動發(fā)電裝置I整體的電力供應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過參考例的電力供應(yīng)能力。例如，在假設(shè)負(fù)載電阻10、11與負(fù)載電阻100的電阻值相同且在進(jìn)行基于外部振動的發(fā)電時由各負(fù)載電阻產(chǎn)生的壓降為相同程度時，振動發(fā)電裝置I整體的電力供應(yīng)能力可達(dá)參考例的電力供應(yīng)能力的2倍左右。
[0047]更詳細(xì)地，在圖4中，由曲線圖L4示出振動發(fā)電裝置I的電力供應(yīng)能力(發(fā)電量)與負(fù)載電阻10、11的電阻值的關(guān)聯(lián)性，由曲線圖L5示出參考例的電力供應(yīng)能力(發(fā)電量)與負(fù)載電阻100的電阻值的關(guān)聯(lián)性。此外，在圖4所示的曲線圖中，設(shè)振動發(fā)電裝置I中的負(fù)載電阻10、11的電阻值相同。根據(jù)圖4可了解到，雖然振動發(fā)電裝置I的電力供應(yīng)能力(發(fā)電量)和參考例的電力供應(yīng)能力(發(fā)電量)根據(jù)負(fù)載電阻的電阻值而變動，但當(dāng)負(fù)載電阻的電阻值在兩者之間固定時，振動發(fā)電裝置I的電力供應(yīng)能力(發(fā)電量)為參考例的電力供應(yīng)能力(發(fā)電量)的1.7倍左右。這樣，能夠了解到，本發(fā)明的振動發(fā)電裝置I的電力供應(yīng)能力非常高。
[0048]此外，如圖1、圖2所示，在振動發(fā)電裝置I的第二基板5中，第一集電電極6、第二集電電極7是直接涉及電力供應(yīng)的電極，而接地電極8不連接負(fù)載電阻，因而不是直接涉及電力供應(yīng)的電極。因此，在第二基板5上形成的電極組中，接地電極8占據(jù)的面積越大，則各集電電極占據(jù)的面積越小，其結(jié)果是，振動發(fā)電裝置I的電力供應(yīng)能力下降。
[0049]因此，優(yōu)選設(shè)定接地電極8的寬度b，使得對與第一集電電極6和第二集電電極7分別連接的負(fù)載電阻10、11的電力供應(yīng)能力變?yōu)樽畲?，例如，在能夠制造的范圍?nèi)，將接地電極8設(shè)定得盡可能小。
[0050]〈變形例〉
[0051]在圖1所示的振動發(fā)電裝置I的結(jié)構(gòu)中，在第一集電電極6與第二集電電極7之間均配置有接地電極8。但是，如上所述，在接地電極8占據(jù)的面積較大時，振動發(fā)電裝置I的電力供應(yīng)能力下降，因此，可以部分地在第一集電電極6與第二集電電極7之間配置接地電極。此時，在部分地省略接地電極時，在該部位中，寄生電容部的影響被認(rèn)為會變強(qiáng)，因此，優(yōu)選的是，根據(jù)部分地省略接地電極8導(dǎo)致的集電電極的占有面積的增加與寄生電容部的影響之間的關(guān)聯(lián)性來決定按照怎樣的程度來部分地配置接地電極8。
[0052]實施例2
[0053]圖5示出了本發(fā)明的振動發(fā)電裝置I的第二實施例的模型結(jié)構(gòu)。圖5所示的模型結(jié)構(gòu)與圖2所示的模型結(jié)構(gòu)的不同之處在于與第一集電電極6和第二集電電極7相連的負(fù)載電阻的相關(guān)結(jié)構(gòu)。具體而言，在圖5所示的模型結(jié)構(gòu)中，橋型全波整流電路9的兩個輸入端子分別與第一集電電極6與第二集電電極7相連，并且，在橋型全波整流電路9的輸出端子之間，連接有負(fù)載電阻10’。因此，在圖5所示的模型結(jié)構(gòu)中，由第一集電電極6匯集的電荷產(chǎn)生的電力和由第二集電電極7匯集的電荷產(chǎn)生的電力經(jīng)由橋型全波整流電路9合成而供應(yīng)給公共的負(fù)載電阻10’。此外，第一集電電極6、第二集電電極7、接地電極8和駐極體2等的結(jié)構(gòu)與圖2所示的模型結(jié)構(gòu)相同。
[0054]在這樣構(gòu)成的振動發(fā)電裝置I中，與圖2所示的模型結(jié)構(gòu)同樣地，在第一集電電極6與接地電極8之間以及第二集電電極7與接地電極8之間，分別存在寄生電容部20、21。而且，在設(shè)向負(fù)載電阻10’供應(yīng)電力時施加于各寄生電容部的電壓為V’時，由于橋型全波整流電路9對輸入電壓的合成作用，施加于負(fù)載電阻10’的端子間電壓為2V’。
[0055]此處，圖6示出了用于與圖5所示的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較的參考例的模型結(jié)構(gòu)。與圖3所示的模型結(jié)構(gòu)同樣地，圖6所示的模型結(jié)構(gòu)不包含與圖2、圖5所示的接地電極8相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，為了與圖5進(jìn)行比較，第一集電電極600、第二集電電極700與負(fù)載電阻100’的連接的相關(guān)結(jié)構(gòu)與圖5所示的結(jié)構(gòu)實質(zhì)相同。即，在圖6的參考例中，橋型全波整流電路900的兩個輸入端子也分別與第一集電電極600和第二集電電極700相連，并且，在橋型全波整流電路900的輸出端子之間連接有負(fù)載電阻100’。
[0056]在這樣構(gòu)成的參考例中，與圖3所示的模型結(jié)構(gòu)同樣地，在第一集電電極600與第二集電電極700之間存在寄生電容部200。而且，與圖5所示的振動發(fā)電裝置I同樣地，由于橋型全波整流電路900的合成作用，在設(shè)向負(fù)載電阻100’施加2V’的電壓時，施加于寄生電容部200的電壓也為2V’。
[0057]以上，在本發(fā)明的圖5所示的振動發(fā)電裝置I中，由于橋型全波整流電路9對輸出的合成作用，能夠使發(fā)電電力匯總于負(fù)載電阻10’，且能夠?qū)⑹┘佑诩纳娙莶?0、21的電壓抑制為V’。另一方面，在參考例中，同樣，由于橋型全波整流電路9對輸出的合成作用，能夠使發(fā)電電力匯總于負(fù)載電阻10’，但施加于寄生電容部200的電壓為圖5所示的例子的2倍。通常，電容部中蓄積的能量與施加電壓的平方成比例，因此，與參考例相比，在圖5所示的振動發(fā)電裝置I中，寄生電容部的數(shù)量雖然較多，但作為振動發(fā)電裝置的整體，能夠降低該寄生電容部20、21對向負(fù)載電阻的電力供應(yīng)的阻礙程度，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的電力供應(yīng)。
[0058]〈變形例〉
[0059]在圖5中，可以替代全波整流電路9而采用中心抽頭式全波整流電路。此外，關(guān)于中心抽頭式全波整流電路，由于是公知的技術(shù)，因而省略其結(jié)構(gòu)圖示，在該情況下，在通過中心抽頭式全波整流電路連接的電力供應(yīng)負(fù)載中，分別設(shè)置有與來自第一集電電極6和第二集電電極7的正的合成輸出連接的電力供應(yīng)負(fù)載和與來自第一集電電極6和第二集電電極7的負(fù)的合成輸出連接的電力供應(yīng)負(fù)載。
[0060]實施例3
[0061]在實施例1和實施例2中，振動發(fā)電裝置I中的接地電極8不經(jīng)由電阻等而直接接地，但也可以替代該方式而經(jīng)由電阻值較低的電阻接地。更具體而言，可以使接地電極8經(jīng)由具有比與第一集電電極6和第二集電電極7相連的負(fù)載電阻10、11低的電阻值的電阻接地。在這樣的情況下，只要盡可能使施加于第一集電電極6與接地電極8之間的寄生電容部20、第二集電電極7與接地電極8之間的寄生電容部21的電壓保持較低，則能夠減輕寄生電容部20、21對電力供應(yīng)的阻礙程度。
[0062]<其它實施例>
[0063]在上述的振動發(fā)電裝置I中，發(fā)電電力被供應(yīng)給負(fù)載電阻10、11，但只要是能夠利用振動發(fā)電裝置I的發(fā)電電力的負(fù)載即可，可以采用各種方式的負(fù)載來作為電力供應(yīng)負(fù)載。例如，也可以采用用于蓄積發(fā)電電力的電容器(蓄電電路)或?qū)Πl(fā)電電力的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電壓轉(zhuǎn)換電路的方式來作為電力供應(yīng)負(fù)載。此外，也可以采用對振動發(fā)電裝置I的設(shè)置環(huán)境的的環(huán)境參數(shù)(例如，溫度、濕度或加速度等)進(jìn)行檢測的傳感器的驅(qū)動電路(電源電路)或?qū)z測出的該環(huán)境參數(shù)發(fā)送到外部的服務(wù)器的發(fā)送電路(無論有線、無線)的方式來作為電力供應(yīng)負(fù)載。
[0064]標(biāo)號說明
[0065]I振動發(fā)電裝置
[0066]2駐極體
[0067]3第一基板
[0068]4保護(hù)電極
[0069]5第二基板
[0070]6第一集電電極
[0071]7第二集電電極
[0072]8接地電極
[0073]9整流器
[0074]10、10，、11 負(fù)載電阻
[0075]20寄生電容部
[0076]L1、L2、L3 布線
【權(quán)利要求】
1.一種振動發(fā)電裝置，其中，該振動發(fā)電裝置具有: 第一基板和第二基板，它們構(gòu)成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)的同時，通過外部振動而相對移動； 駐極體組，其由在所述第一基板的一個面?zhèn)妊厮鱿鄬σ苿臃较蚺帕械亩鄠€駐極體構(gòu)成；以及 電極組，其由在所述第二基板的與所述駐極體組相對的一面?zhèn)妊厮鱿鄬σ苿臃较蚺帕械亩鄠€電極構(gòu)成，該電極組包含:第一集電電極和第二集電電極，它們分別與電力供應(yīng)負(fù)載電連接，該電力供應(yīng)負(fù)載被供應(yīng)因外部振動而產(chǎn)生的發(fā)電電力；以及接地電極，其被設(shè)置在該第一集電電極與該第二集電電極之間且接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動發(fā)電裝置，其中， 伴隨外部振動導(dǎo)致的所述第一基板和所述第二基板的相對移動，向與所述第一集電電極和所述第二集電電極分別連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載進(jìn)行電力供應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述接地電極被設(shè)置在排列在所述第二基板上的所述第一集電電極和所述第二集電電極中的一部分的該第一集電電極和該第二集電電極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任意一項所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述接地電極的沿著所述相對移動方向的寬度是使針對與所述第一集電電極和所述第二集電電極分別連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載的電力供應(yīng)量成為最大值的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述第一集電電極和所述第二集電電極經(jīng)由同一整流電路與所述電力供應(yīng)負(fù)載連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述整流電路是全波整流電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述第一集電電極和所述第二集電電極分別經(jīng)由單獨地形成的整流電路與所述電力供應(yīng)負(fù)載連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述整流電路是中心抽頭式全波整流電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的振動發(fā)電裝置，其中， 與所述第一集電電極電連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載和與所述第二集電電極電連接的所述電力供應(yīng)負(fù)載彼此獨立地接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?9中的任意一項所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述接地電極經(jīng)由阻抗比所述電力供應(yīng)負(fù)載低的規(guī)定的阻抗電路接地。
11.根據(jù)權(quán)利要求1?10中的任意一項所述的振動發(fā)電裝置，其中， 所述電力供應(yīng)負(fù)載是蓄積被供應(yīng)的發(fā)電電力的蓄電電路、將被供應(yīng)的發(fā)電電力作為電源來實施規(guī)定的動作的負(fù)載電路、對被供應(yīng)的發(fā)電電力進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的電壓轉(zhuǎn)換電路中的任意一種或它們的任意組合。
【文檔編號】H02N1/08GK104412502SQ201380034408
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】正木達(dá)章, 鍋藤實里, 松浦圭記 申請人:歐姆龍株式會社